钛及钛合金表面生物活性改性及效果评价

背景：钛及钛合金是常用的医用生物材料,其具有良好的生物相容性,但其缺乏骨诱导的能力,其与骨组织之间只是一种机械性的接触。目的：概述钛及其合金表面生物活性改性的方法及对于改性后效果评价的方法,为临床应用提供参考。方法：应用计算机检索PubMed数据库,CNKI数据库中关于钛及钛合金表面生物活性改性的文章,英文检索词为＂titanium,titanium alloy,coating,bioactivity,bone＂,限定文献语言种类为＂English＂,中文检索词为＂钛,钛合金,涂层,活性改性,骨组织＂,限定文献语言种类为中文。结果与结论：在表面生物活性改性的方法中,主要有等离子体喷涂法、微弧氧化法、溶胶-凝胶法及生物仿生法等。钛及钛合金表面的活性涂层已经从单一涂层发展到复合涂层、梯度涂层、纳米梯度涂层,同时多种改性技术的联合运用,也让钛及其合金表面的涂层性能更加完善。对于改性后的效果研究,主要以模拟体液浸泡、成骨细胞培养,亲骨荧光素染色及放射影像学观察为主。对钛及钛合金进行表面生物活性改性是个复杂的工程,既要考虑改性后涂层骨诱导的能力,同时也需要兼顾涂层与基体结合强度的问题。只有对涂层组层进一步研究并利用多种技术对钛及钛合金表面进行处理,才能使其表面的涂层活性更高,并且结合牢固。     

钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响

背景：纯钛因具有优良的生物相容性、机械性能和与骨组织相近的弹性模量等被广泛应用于口腔种植领域。目的：综述近年来钛金属种植体材料表面物理改性、化学改性和生物化学改性策略的研究进展。方法：以“titanium,implant,surface modification,osseointegration”为检索词,检索PubMed数据库,以“钛,种植体,表面改性,骨整合”为检索词,检索中国知网数据库,限定时间范围为2007年1月至2013年2月。文献检索语种为英文和中文。纳入内容与钛种植体表面改性方法及其对骨整合影响密切相关的文献,排除重复文献。结果与结论：计算机初检得到199篇文献,根据纳入排除标准,对其中76篇文献进行分析。钛种植体本身是生物惰性材料,通过表面改性对钛金属表面进行活化处理,使之具有生物功能性,与骨组织形成早期骨整合,是国内外口腔种植材料研究的热点问题。物理改性、化学改性和生物化学改性可缩短钛种植体种植周期,获得早期骨整合和更高的结合强度。今后的发展趋势是将多种改性方法有机结合,从分子水平深入研究钛金属材料表面与机体细胞和组织之间的界面分子作用机制,完善种植体的表面改性技术,实现种植体和骨组织的早期和更加稳定的骨整合。     

钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响*☆

背景：纯钛因具有优良的生物相容性、机械性能和与骨组织相近的弹性模量等被广泛应用于口腔种植领域。目的：综述近年来钛金属种植体材料表面物理改性、化学改性和生物化学改性策略的研究进展。方法：以“titanium,implant,surface modification,osseointegration”为检索词,检索PubMed数据库,以“钛,种植体,表面改性,骨整合”为检索词,检索中国知网数据库,限定时间范围为2007年1月至2013年2月。文献检索语种为英文和中文。纳入内容与钛种植体表面改性方法及其对骨整合影响密切相关的文献,排除重复文献。结果与结论：计算机初检得到199篇文献,根据纳入排除标准,对其中76篇文献进行分析。钛种植体本身是生物惰性材料,通过表面改性对钛金属表面进行活化处理,使之具有生物功能性,与骨组织形成早期骨整合,是国内外口腔种植材料研究的热点问题。物理改性、化学改性和生物化学改性可缩短钛种植体种植周期,获得早期骨整合和更高的结合强度。今后的发展趋势是将多种改性方法有机结合,从分子水平深入研究钛金属材料表面与机体细胞和组织之间的界面分子作用机制,完善种植体的表面改性技术,实现种植体和骨组织的早期和更加稳定的骨整合。     

纯钛种植体表面改性对骨结合的影响

背景：研究表明,对种植体表面进行化学、物理、生物化学等改性,可以显著提高种植体表面的生物学活性和骨结合强度。目的：综述并比较不同纯钛表面改性方法对骨结合的影响。方法：以“纯钛、种植体、种植、种植体表面、表面改性、生物活性、生物相容性、骨结合、研究进展”为中文关键词,以“pure titanium,implants,plant,the surface of the implant,surface modification,biological activity,biocompatibility,osseointegration,research progress”为英文关键词,用计算机检索CNKI数据库、万方数据库和PubMed数据库。结果与结论：钛具有稳定的化学性能、良好的生物相容性及较高的抗断裂强度,因而在种植修复中被广泛应用,但钛种植体是一种生物惰性材料,直接植入人体后的生物相容性和生物学活性较差,影响其与骨的结合。为提高种植体骨结合强度,目前最为有效的方法是对纯钛表面进行改性。大多数研究表明,经过改性后的种植体具有一定的骨诱导作用,可促使骨细胞在其表面黏附、增殖、分化及矿化。钛种植体经过物理、化学、生物化学等改性处理后,其表面形貌、化学成分、表面粗糙度及亲水性能等发生改变,从而提高了种植体的生物相容性和生物活性,促进了骨结合的发生。     

化力学交互作用对热喷涂生物活性涂层组织与性能的影响

背景:生物涂层假体在体内植入,受到复杂的化力学交互作用,临床返修病例随即增多.目的:总结化力学交互作用对热喷涂生物活性涂层的组织与性能影响方面的研究现状与进展.方法:应用计算机检索Elsevier数据库1999-01/2009-11的相关文章.检索词"apatite,coating,spraying",限定文章语言种类为English.同时计算机检索维普数据库1989-01/2009-11的相关文章,检索词"磷灰石,涂层,喷涂",限定文章语言种类为中文.纳入文章与热喷涂生物活性涂层的化力学作用密切相关的论文.排除重复性研究及与课题相关性较弱的文献.结果与结论:力学环境对生物活性涂层的溶解有显著作用,拉应力促进溶解而压应力抑制溶解.另外涂层溶解过程中涂层的力学性能同时受到影响,经过模拟体液浸泡后,涂层的力学性能下降.而植入体内后,由于骨组织参与及生物环境的影响,涂层性能有所升高.但目前仅有简单载荷对涂层组织与性能影响方面的研究,亟需进行拉、扭、疲劳等复合载荷与人体特殊化学环境的耦合场作用下,生物活性涂层的组织与性能的变化规律研究,以保障其结构完整性与性能完整性.     

微量元素与钛基种植体微弧氧化陶瓷膜生物活性的关系

背景:微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积,是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜层的新技术.所形成的生物活性涂层具有耐腐蚀性能高、耐磨损性能好等特点,能在植入体表面产生一层多孔、粗糙的氧化膜,改善骨界面的生物学反应,影响骨形成细胞的数目、类型、细胞产物和基质的表达,有利于新骨的生成.目的:主要观察骨与种植体的骨结合界面整合情况,分析不同金属元素对成骨标志物--碱性磷酸酶的诱导作用.方法:应用计算机检索PubMed数据库、中国期刊全文数据库1995/2009关于微弧氧化膜中微量元素与新生骨方面的内容.英文关键词为"micro-arc oxidation,synosteosis,titanium,magnesium";中文关键词为"碱性磷酸酶,钛种植体,生物活性涂层,微弧氧化,微量元素锌".同时手工检索与微弧氧化及微量元素有关的书籍.共检索96篇文献,排除研究目的与本研究无关和内容重复的34篇,出版时间较长的28篇,保留34篇中英文文献进一步分析.结果与结论:目前在钙磷盐电解液中引入金属微量元素采用微弧氧化方法在钛种植体表面制备生物活性涂层方面已探索出一条较有潜力的方法,但这一方法尚处于动物实验阶段,在进入临床应用之前,对这一方法的可行性尚需进一步研究.     

涂层材料及技术在医学临床领域的应用

背景:涂层材料及技术已在人们的生产生活中广泛应用,在医学领域里也得到了蓬勃发展.目的:综述涂层材料及技术在医学领域中的应用进展.方法:应用计算机检索2000-01/2010-12万方数据库相关文章,检索词"涂层,医学,应用",并限定文章语言种类为中文.同时计算机检索2000-01/2010-12 PubMed数据库相关文章,检索词"coating,medicine,application",并限定文章语言种类为English.共检索到文献614篇,最终纳入符合标准的文献30篇.结果与结论:涂层技术在生活的方方面面都有应用,在医学领域里的应用也日渐蓬勃,目前研制出了很多生物相容性好排斥反应小的涂层材料并应用于临床.文章分别从口腔、体外循环、骨科等领域对涂层支架进行介绍,发现开发新的涂层药物,寻找更加合理有效的药物组合,可能会使药物涂层支架的治疗作用产生质的飞跃.     

钛颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化能力的影响

目的:钛合金假体磨损产生的钛颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化所造成影响可能是假体松动的原因之一,总结钛颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化影响的研究近况。资料来源:应用微机检索Medline1980-01/2005-12相关钛颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化影响的文献,检索词“mesenchymalstemcells,bonemarrow,osteogenesis,titanium,wearparticles”,并限定文献语言种类为English。同时微机检索中国期刊全文数据库2000-01/2005-12相关钛颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化影响方面的文献,检索词为“间充质干细胞,骨生成,钛”,并限定语言种类为中文。资料选择:对资料进行初审,并开始查找全文。纳入标准:①钛颗粒与假体松动。②钛颗粒与骨髓间充质干细胞成骨分化能力的关系。排除标准:综述文献、重复研究、Meta分析类文章。资料提炼:共收集到96篇关于钛颗粒与假体松动以及钛颗粒与骨髓间充质干细胞成骨分化能力关系的文献,纳入15篇符合标准的文献。资料综合:钛及其合金具有优秀的生物相容性、超强的耐腐蚀性和较低的弹性模量等优点而被广泛应用。有研究显示,金属颗粒引发假体周围的无菌性炎症是导致其松动的重要原因。然而,假体的长期稳定需要骨与假体的紧密长入,而这需要假体周围的骨髓间充质干细胞的成骨转化。钛颗粒可以通过影响间充质干细胞的增殖并引起间充质干细胞的凋亡而使骨髓中的间充质干细胞数量减少。除了钛颗粒本身以外,由钛颗粒作用于细胞后所产生并释放的可溶性细胞因子对骨髓间充质干细胞的活性也具有抑制作用,而这方面的作用机制还有待于进一步的研究。结论:钛颗粒对骨髓间充质干细胞本身的活力以及向成骨细胞分化能力等方面均有负面的作用,这可能是钛合金人工关节假体松动的原因之一。     

钛种植体表面生物化修饰方法研究进展

近年来钛种植体材料表面生物化修饰成为钛及钛合金表面改性的研究热点，本文就生物化修饰方法种类、化学固定法、层层自组装法及涂层载体法的应用进行综述。     

骨组织工程支架材料：脱矿骨基质

背景：脱矿骨基质是目前研究较多的具备骨诱导及骨引导的生物支架材料之一。 目的：总结脱矿骨基质作为骨组织工程支架材料的研究进展,并展望其发展趋势。 方法：由第一作者检索1965年1月至2013年5月PubMed数据库、中国生物医学数据库、万方数据库及FMJS数据库有关脱矿骨基质及其作为骨组织工程支架材料的相关文献。英文检索词为＂Demineralized Bone Matrix,Scaffold material, Groowth factor, Cells,drugs＂,中文检索词为＂脱矿骨基质,支架材料,生长因子,细胞,药物＂,根据纳入标准排除重复性研究,保留34篇密切相关文献进行归纳总结。 结果与结论：骨组织工程支架材料是组成组织工程骨的主体,而脱矿骨基质既具备骨诱导性又具备骨引导性,可为骨组织细胞的修复提供空间,又可与生物活性因子、活细胞、抗生素等在体外构建成复合体,植入骨内促进骨缺损的愈合。但这一技术也面临着脱矿骨基质与各种物质的配比、消毒、保存成骨活性及抗原性的消除等问题,充分了解脱矿骨基质作为骨组织工程支架的研究,可为其服务于临床提供理论依据。     

壳聚糖-酪蛋白磷酸肽修饰钛合金表面的成骨细胞黏附与增殖

背景:钛合金表面只有吸附某些有机分子才能使生长因子活化,促进细胞增殖,从而激活周围的骨细胞发挥作用.目的:在钛合金种植体表面制备生物活性涂层,寻找一种有效促进骨整合的方法.方法:采用多步组装方法在硅烷偶联剂修饰的钛合金表面依次接枝壳聚糖与0,5,10 g/L的酪蛋白磷酸肽,形成生物活性复合涂层,以未修饰的钛合金为对照.将经过不同处理的钛合金与成骨细胞共培养,利用细胞计数法、荧光染色法、MTT比色法评价涂层的生物学性能.结果与结论:与未修饰的钛合金相比,在壳聚糖上接枝酪蛋白磷酸肽后,钛合金表面成骨细胞的早期黏附与增殖明显提高 (P < 0.05),并且随酪蛋白磷酸肽质量浓度的增大促进作用显著增强(P < 0.05).说明制备的壳聚糖-酪蛋白磷酸肽复合涂层可以显著提高成骨细胞的功能,增强钛合金的生物学性能,有望成为有效促进骨整合的方法.     

医用钛合金在3种不同生理电解液中的耐腐蚀行为

背景:钛合金种植体已经广泛应用于临床,但作者所查对于牙种植体植入后的耐腐蚀性,尤其在不同生理电解溶液中耐腐蚀行为的对比报道很少.目的:对比观察医用钛合金在生理盐水,模拟人工唾液,模拟人工体液3种电解溶液中的耐腐蚀情况.设计、时间及地点:随机分组设计,对比观察实验,于2008-11/2009-03在兰州大学口腔医学院和中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑实验室完成.材料:医用钛合金(Ti-6Al-4V)制备成10mm×10mm×1 mm板片,随机分为3组,每组10个.方法:利用电化学方法分析医用钛合金在生理盐水,模拟人工唾液,模拟人工体液中的腐蚀情况,扫面电镜观察腐蚀表面形貌,CA-A型接触角测试仪测试钛合金表面被腐蚀后接触角的变化.主要观察指标:医用钛合金在3种生理电解液中腐蚀4 d后的阳极极化曲线、表面形貌、接触角.结果:钛合金在3种生理电解液中的腐蚀情况依次是:模拟人工唾液>模拟人工体液>生理盐水.扫面电锖观察表明,医用钛合余绎生理盐水腐蚀后,表面出现了许多腐蚀孔,经模拟人体体液腐蚀后,表面变得粗糙不平整,腐蚀孔数目变化不大,钛合金经人工唾液腐蚀后,腐蚀孔数目增多,部分腐蚀孔孔径明显增大.经3种生理电解液腐蚀后,钛合金表面接触角都减小.结论:医用钛合金在人工唾液中的腐蚀最严重,在临床应用中应给予相应的防范措施.     

纯钛表面微弧氧化膜的粗糙度与接触角

目的:分析纯钛表面微弧氧化改性对表面氧化膜特性的影响.方法:通过微弧氧化技术在含一定钙磷比例的电解液中制备纯钛表面氧化膜层,进而检测纯钛表面微弧氧化膜的粗糙度和接触角.结果:微弧氧化处理后,纯钛表面生成微孔结构的氧化膜,直径1～5 μm.氧化膜层中含Ti、O、Ca、P4种元素,由锐钛矿型、金红石型二氧化钛,结晶相羟基磷灰石组成;微弧氧化试样的表面粗糙度明显高于未处理纯钛试样(P<0.05),表面接触角小于未处理纯钛试样(P<0.05).结论:经微弧氧化技术处理后,纯钛表面生成了多孔的二氧化钛膜,含羟基磷灰石.膜层表面粗糙度增大,接触角减小,有利于细胞的附着和骨组织的整合.     

壳聚糖-酪蛋白磷酸肽修饰钛合金表面的成骨细胞黏附与增殖

背景：钛合金表面只有吸附某些有机分子才能使生长因子活化,促进细胞增殖,从而激活周围的骨细胞发挥作用。目的：在钛合金种植体表面制备生物活性涂层,寻找一种有效促进骨整合的方法。方法：采用多步组装方法在硅烷偶联剂修饰的钛合金表面依次接枝壳聚糖与0,5,10g/L的酪蛋白磷酸肽,形成生物活性复合涂层,以未修饰的钛合金为对照。将经过不同处理的钛合金与成骨细胞共培养,利用细胞计数法、荧光染色法、MTT比色法评价涂层的生物学性能。结果与结论：与未修饰的钛合金相比,在壳聚糖上接枝酪蛋白磷酸肽后,钛合金表面成骨细胞的早期黏附与增殖明显提高（P〈0.05）,并且随酪蛋白磷酸肽质量浓度的增大促进作用显著增强（P〈0.05）。说明制备的壳聚糖-酪蛋白磷酸肽复合涂层可以显著提高成骨细胞的功能,增强钛合金的生物学性能,有望成为有效促进骨整合的方法。     

羟磷灰石涂层钛合金植入材料的理化参数、生物相容性及其力学特征

背景羟磷灰石涂层人工关节具有骨长入生物固定作用而能与宿主床骨紧密联结,从而解决人工关节下沉问题.目前临床上最常用的羟基磷灰石(HA)涂层材料主要使用的是等离子喷涂法所制.这种制备方法因为高温,使HA不可避免地产生晶相结构改变,从而使HA的生物活性大为下降,直接影响假体与骨之间的结合.目的通过涂覆工艺研制出一种新的含羟磷灰石玻璃涂层钛合金多孔涂复材料.本实验对该材料进行了理化参数、生物相容性及其力学特征的测定,为该材料在临床的应用提供实验依据.设计随机分组,自身对照实验研究.地点和对象研究在上海市伤骨科研究所完成.48个HA表面涂层及非涂层钛合金材料由轻工业部玻璃塘瓷工业科学研究所制备.干预①测定材料的最佳烧结温度、机械强度,观察材料表面的多孔结构.②取24只新西兰种家兔,在两侧股骨外髁上共植入48个HA表面涂层及非涂层钛合金材料,分别于术后1,2,3,6及12周处死取材.测定骨-HA界面最大剪切强度并作组织学观察.主要观察指标①材料最佳烧结温度、机械强度.②材料表面多孔结构、切片组织学观察.③骨-HA界面的最大剪切强度.结果测出材料的最佳烧结温度为800℃,抗剪强度为18.5 MPa,抗压强度为170 MPa,孔隙率10%～15%,孔径30～70μm.HA涂层钛合金组能与宿主骨紧贴,新骨能迅速长入材料的裂隙和被降解的封闭小孔内,而非涂层材料能使新生骨组织死亡并为结缔组织取代.在术后任一时间段涂层材料骨-HA界面最大剪切强度均明显高于非涂层组.(术后3周均差=0.86,t=15.61,P＜0.01;术后6周均差=1.72,t=18.19,P＜0.01;术后12周均差=4.42,t=12.84,P＜0.01)结论这种新材料能作为人工骨或人工关节材料应用于临床.     

口腔钛合金种植体的临床应用

背景：钛合金质量较轻、密度低,具有抗电化学腐蚀、良好的生物相容性、低弹性模量和高强度等优异性能,已被广泛应用于口腔医学。目的：总结近年来口腔生物材料钛合金种植体的临床应用进展。方法：由作者应用计算机检索1998-01/2010-10维普数据库中与口腔生物材料钛合金种植体有关的文献,检索关键词为＂钛合金,种植,生物相容性＂。结果与结论：目前的研究大多数集中于钛合金种植体的生物相容性研究。国内外学者们正在努力寻求更加理想的钛合金种植体表面结构来提高种植体的骨结合能力,此对种植体骨性结合界面形成也极其重要。钛合金种植体的表面处理对提高种植成功率起着重要作用,不同处理方法都有其优点,但共同的特点是形成粗糙表面,使其具有更好的生物活性与骨结合能力。因此寻找一种能兼具各方面优点,更好促进骨结合的表面处理方法,已成为近年来口腔种植学研究的热点。     

不同表面粗糙度钛合金与牙本质之间粘接强度的比较

目的:观察比较不同表面粗糙度的钛合金与牙本质之间拉伸粘接强度差别.方法:钛合金铸件30个,随机平均分为6组,分别用60,80,100,150,240,320目的碳化硅砂纸打磨粘接面,测定打磨后铸件的表面粗糙度.收集1个月内拔除的人新鲜离体磨牙30颗,在流水冲洗下去除牙合面釉质暴露浅层牙本质,依次用320,400,600目碳化硅水磨砂纸打磨牙本质面.利用Ketac~(TM)Cem Easymix玻璃离子水门汀将打磨后的钛合金铸件和牙本质粘接,经37℃恒温水浴24 h后,用万能试验机检测其微拉伸粘接强度,然后在扫描电镜下观察粘接断面形态.结果:经80目碳化硅砂纸打磨后的钛合金铸件组和牙本质之间的粘接强度最大(6.65 MPa),与其他组相比差别具有显著性意义(P<0.05),该组铸件的表面粗糙度为(2.69±0.32)μm,扫描电镜观察显示,该组粘接断面发生在牙本质与粘结剂之间.结论:表面粗糙度对钛合金与牙本质之间的粘接强度有影响,表面粗糙度为(2.69±0.32)μm的钛合金与牙本质之间的粘接强度最大.     

A feasibility study for in vitro evaluation of fixation between prosthesis and bone with bone marrow-derived mesenchymal stem cells

BackgroundIt is difficult to quantitatively evaluate adhesive strength between an implant and the neighboring bone using animal experiments, because the degree of fixation of an implant depends on differences between individuals and the clearance between the material and the bone resulting from surgical technique.MethodsA system was designed in which rat bone marrow cells were used to quantitatively evaluate the adhesion between titanium alloy plates and bone plates in vitro. Three kinds of surface treatment were used: a sand-blasted surface, a titanium-sprayed surface and a titanium-sprayed surface coated with hydroxyapatite. Bone marrow cells obtained from rat femora were seeded on the titanium alloy plates, and the cells were cultured between the titanium alloy plates and the bone plates sliced from porcine ilium for 2 weeks. After cultivation, adhesive strength was measured using a tensile test, after which DNA amount and Alkaline phosphatase activity were measured.FindingsThe seeded cells accelerated adhesion of the titanium alloy plate to the bone plate. Adhesive strength of the titanium-sprayed surface was lower than that of the sand-blasted surface because of lower initial contact area, although there was no difference in Alkaline phosphatase activity between two surface treatments. A hydroxyapatite coating enhanced adhesive strength between the titanium alloy palate and the bone plate, as well as enhancing osteogenic differentiation of bone marrow cells.InterpretationIt is believed that this novel experimental method can be used to simultaneously evaluate the osteogenic differentiation and the adhesive strength of an implant during in vitro cultivation.     

生物医用钛合金材料的生物及力学相容性

背景：保证生物材料优良的生物及力学相容性是研制开发外科植入物及矫形器械产品的关键,但目前对其研究缺乏系统性和统一性认识。目的：初步分析生物医用钛合金材料生物及力学相容性的概念、内涵,指导医疗器械产品的选型设计与应用。方法：应用计算机检索PubMed、Elsiver、Springerlink、CNKI及维普等数据库1995至2012年相关文献,围绕“生物及力学相容性”主题词,探讨合金成分、显微组织及相变控制和材料表面状态优化等因素对钛合金材料生物及力学相容性的影响规律。结果与结论：生物及力学相容性是一个综合评价概念。进行医用钛合金材料选型设计时,首先要求合金中的组成元素无不良反应,并保证其与组织、血液及免疫和全身反应的安全性,同时要求所添加元素对钛合金的机械性能等其他性能不良影响最小。钛合金中常见的合金化元素主要包括α相稳定元素、β相稳定元素和中性元素3类。要使生物医用钛合金植入材料获得优良的生物及力学相容性,对材料内部显微组织和相变进行控制,以及开展材料表面状态改性优化也至关重要。但不能单纯追求一种钛合金的低模量或高强度等某一单项力学指标与人体骨组织接近或匹配而简单判定其生物力学相容性的优劣。